基于PSASP 的電動汽車充電站動態(tài)負荷建模

引言

電動汽車充電站不僅為電動汽車的規(guī)?；茝V提供了能源保障,還能提高電力系統(tǒng)運行調(diào)度的靈活性。充電站的主要功能在于通過輸出大小不同的有功功率為各類電動汽車充電,因而對于電力系統(tǒng)而言,充電站實際上可視為恒功率負荷。本文根據(jù)三類典型的電動汽車充電站的動態(tài)負荷分布規(guī)律,借助中國電力科學研究院的電力系統(tǒng)分析綜合程序(PSASP）中提供的用戶自定義模型模塊(UD）分別對此三類充電站的日負荷曲線進行建模,以表征典型充電站的動態(tài)負荷模型,從而為電力系統(tǒng)分析相關(guān)計算提供參考。

1電動汽車充電站的動態(tài)負荷模型

1.1充電站動態(tài)負荷建模的影響因素

電動汽車充電站的負荷建模需要考慮的因素繁多,涉及電力系統(tǒng)運行、控制和管理的方方面面,主要因素包括:電動汽車的動力電池特性、電動汽車的運行規(guī)律、電動汽車的電能補給方式、電動汽車的發(fā)展規(guī)模、充電站的類型及建設(shè)布局和規(guī)模等。其中,電動汽車的運行規(guī)律與充電站的建設(shè)布局作為不同類型的充電站的負荷分布規(guī)律研究依據(jù):電動汽車的動力電池特性及發(fā)展規(guī)模、充電站的規(guī)模則作為不同類型充電站的負荷大小研究依據(jù)。一般而言,充電站的負荷特性具有周期性,且周期為一天,通過研究日負荷曲線的分布規(guī)律來表征充電站的動態(tài)負荷分布規(guī)律,根據(jù)不同類型的充電站動態(tài)負荷分布規(guī)律,將充電站分為電池更換站、居民區(qū)充電站和公共場所充電站三類。

1.2電池更換站的動態(tài)負荷模型

由于電池更換站主要應(yīng)用于公共乘用車,這類車輛的運行規(guī)律穩(wěn)定,一般白天運行、晚上休息,故車用電池組的充電策略為:在電網(wǎng)負荷較輕時,即半夜到凌晨時間段進行集體充電:而在電網(wǎng)負荷較重時,即白天上班時間段和晚上用電高峰時間段暫不充電?？紤]到電池更換站充電過程可視為恒功率負荷,因此可以得出表征電池更換站動態(tài)負荷模型的日負荷曲線表達式,如式(1）所示:

式中,Ph為電池更換站的負荷功率:P為充電時負荷功率:71、72分別為電池集體充電的起始時間和終止時間。

1.3居民區(qū)充電站的動態(tài)負荷模型

電動汽車常規(guī)充電時長為3～5h,在居民區(qū)內(nèi)配備專用充電停車位,允許車輛長時間停放充電,故居民區(qū)充電站主要采用常規(guī)充電方式。根據(jù)居民區(qū)的作息規(guī)律和常規(guī)充電方式的特點,可以假定居民區(qū)充電站的電動汽車充電的時間為午休時間段和晚上休息時間段?？紤]到居民區(qū)充電站采用常規(guī)充電方式,充電過程可視為恒功率負荷,因此可以得出表征居民區(qū)充電站動態(tài)負荷模型的日負荷曲線表達式,如式(2）所示:

式中,P1為居民區(qū)充電站的負荷功率:P為充電時負荷功率:71、72分別為第一次充電的起始時間和終止時間:73、74分別為第二次充電的起始時間和終止時間。

1.4公共場所充電站的動態(tài)負荷模型

電動汽車進行一次快速充電時長為0j5.1h,在商業(yè)區(qū)、商場等人車流量大的公共場所,由于受場地條件的限制,電動汽車不能長時間停放充電,故公共場所充電站主要采用快速充電方式。電動汽車進行快速充電具有時間隨機性大的特點,文獻[2]針對這個問題進行了研究,提出了電動汽車充電整體規(guī)律應(yīng)服從正態(tài)分布,考慮到公共場所充電站采用快速充電方式,充電過程可視為恒功率負荷,因而采用將日負荷曲線分成時長不等、充電功率不同的11段恒功率負荷曲線的方式來反映。因此可以得出表征公共場所充電站動態(tài)負荷模型的日負荷曲線表達式,如式(3）所示,其日負荷曲線如圖1所示。

式中,P～為公共場所充電站的負荷功率:P1～P6為由大到小排列的充電時負荷功率:71g～71b,72g～71g,71b～72b,73g～72g,72b～73b,74g～73g,73b～74b,75g～74g,74b～75b,76g～75g,75b～76b為由長到短排列的充電時間段長度。

2PSASP中的動態(tài)負荷模型

PSASP設(shè)計了用戶自定義建模方法,即用戶自定義模型模塊(UD）,利用UD根據(jù)三類充電站的日負荷曲線分別建立動態(tài)負荷模型后,可以根據(jù)需要將模型接入PSASP中的電力系統(tǒng)以進行潮流、暫穩(wěn)等計算,潮流模塊(LF）與用戶自定義模型模塊(UD）的交互過程如圖2所示。圖2中,PL0為接入充電站模型節(jié)點原來所帶的有功負荷:PL為節(jié)點接入充電站模型后所帶的有功負荷。

2.1電池更換站的UD模型

電池更換站的UD模型根據(jù)表征電池更換站動態(tài)負荷模型的日負荷曲線,先設(shè)定電池更換站充電過程中接入配電網(wǎng)的時間段,再在相應(yīng)的配網(wǎng)接入節(jié)點的原有功功率基礎(chǔ)上增加相應(yīng)的充電有功功率,其UD模型如圖3所示。

2.2居民區(qū)充電站的UD模型

居民區(qū)充電站的UD模型根據(jù)表征居民區(qū)充電站動態(tài)負荷模型的日負荷曲線,先設(shè)定居民區(qū)充電站的兩個接入配電網(wǎng)的時間段,再在相應(yīng)的配網(wǎng)接入節(jié)點中增加相應(yīng)的充電有功功率,其UD模型如圖4所示。

2.3公共場所充電站

公共場所充電站的UD模型根據(jù)表征公共場所充電站動態(tài)負荷模型的日負荷曲線,先設(shè)定公共場所充電站接入配電網(wǎng)的11個時間段,再在相應(yīng)的配網(wǎng)接入節(jié)點中增加相應(yīng)的充電有功功率,其UD模型與圖4類似,但增加了接入的充電時間段段數(shù),以表征其日負荷曲線滿足正態(tài)分布的規(guī)律,此處不再贅述。

3結(jié)語

本文基于PSASP中的用戶自定義模型模塊(UD）,根據(jù)表征電池更換站、居民區(qū)充電站、公共場所充電站動態(tài)負荷模型的日負荷曲線,分別建立了三類電動汽車充電站的模型,可為電力系統(tǒng)進行潮流、暫穩(wěn)等計算提供參考。